电力系统中性点接地方式

电力系统中性点接地方式简述电力系统中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点。电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、 绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰（电磁环境）及接地装置等问题有密切的关系。电力系统中性点接地方式是人们防止系统事故的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经验密切结 合的特点，因而是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。电力系统中性点接地方式主要是技术问题，但也是经济问题。在选定方案的决策过程中，应结合系统的 现状与发展规划进行技术经济比较，全面考虑，使系统具有更优的技术经济指标，避免因决策失误而造成 不良后果。简言之，电力系统的中性点接地方式是一个系统工程问题。 接地，出于不同的目的，将电气装置中某一部位经接地线和接地体与大地作良好的电气连接称为接地。 根据接地的目的不同，分为工作接地和保护接地。工作接地是指为运行需要而将电力系统或设备的某一点接地。如变压器中性点直接接地或经消弧线圈 接地、避雷器接地等都属于工作接地。保护接地是指为防止人身触电事故而将电气设备的某一点接地。如将电气设备的金属外壳接地、互感 器二次线圈接地等。接地方式主要有2 种，即直接接地系统和不接地系统。1. 中性点直接接地系统中性点直接接地系统又称大电流系统；适于llOkV以上的供电系统，380V以下低压系统。直接接 地系统发生单相接地是会使保护马上动作切除电源与故障点。随着电力系统电压等级的增高和系统容量增大，设备绝缘费用所占比重也越来越大。中性点不接地方 式的优点已居于次要地位，主要考虑降低绝缘投资。所以，11OkV及以上系统均采用中性点直接接地方式。 对于 380V 以下的低压系统，由于中性点接地可使相电压固定不变，并可方便地获得相电压供单相设备用 电，所以除了特定的场合以外（如矿井），亦多采用中性点接地方式。对于高压系统，如110kV以上的供电系统，电压高，设备绝缘会高，如果中性点不接地，当单相接地 时，未接地的二相就要能够承受丁 3倍的过电压，瓷绝缘子体积就要增大近一倍，原来1米长的绝缘子就 要增加到1.732米以上，不但制造起来不容易，安装也是问题，会使设备投资大大增加；另外110kV以上 系统由于电压高，杆塔的高度也高，不容易出现单相接地的情况，因而就是出现了接地就跳闸也不会影响 多少供电可靠性，因而从投资的经济性考虑，在110kV以上供电系统，多采用中性点直接接地系统。在低压380/220V系统中，有许多单相用电设备，如果中性点不接地运行，则发生单相接地后，有可能 未接地的相电压会升高，因过电压烧毁家用电器，从安全性考虑，必须采用中性点直接接地系统，将中性 点牢牢接地。1kV以下的供电系统（380/220伏），除某些特殊情况下（井下、游泳池），绝大部分是中性点接地系统， 主要是为了防止绝缘损坏而遭受触电的危险。中性点直接接地系统的优点：发生单相接地时，其它两完好相对地电压不会升高，因此可降低绝缘费 用，保证安全。中性点直接接地系统的缺点：发生单相接地短路时，短路电流大，要迅速切除故障部分，使供电可靠性 低。2. 中性点不接地系统中性点不接地系统又称小电流系统； 目前我国中性点不接地电网的适用范围如下。（1）310kV电网中，当单相接地电流小于30A时，如要求发电机能带内部单相接地故障运行，则当与 发电机有电气连接的3-10KV电网的接地电流小于5A时。（2）2066k V电网中单相接地电流小于10A时。中性点不接地系统是中性点非有效接地系统的一种，实际上可以视为经容抗接地的接地系统。该电容 是由电网中的电缆、架空线路、电机、变压器等所有电气产品的对地耦合电容所组成的。当发生单相接地 故障时，流经故障点的稳态电流是单相对地电容电流。此接地方式在我国中压电网中得到了广泛应用。如果三相电源电压是对称的，则电源中性点的电位为零，但是由于架空线排列不对称而换位又不完全 等原因，使各相对地导纳不相等，则中性点将会产生位移电压。一般情况位移电压不超过电源电压的5%， 对运行的影响不大。当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，非故障的二相对地电压将升高，由于线 电压仍保持不变，对用户继续工作影响不大。单相接地时，当接地电流大于10A而小于30A时，有可能产生不稳定的间歇性电弧，随着间歇性电弧 的产生将引起幅值较高的弧光接地过电压，其最大值不会超过3.5 倍相电压，对于正常设备有较大的绝缘 裕度，应能承受这种过电压，对绝缘较差的设备、线路上的绝缘薄弱点和绝缘强度很低的旋转电机有一定 威胁，在一定程度上对安全运行有影响。由于中性点不接地配电网的单相接地电流很小，对邻近通信线路、信号系统的干扰小，这是这种接地 方式的一个优点。中性点不接地方式也就是中性点对地绝缘方式，该方式结构简单、运行方便，不需要增加附加电力设 备，投资便宜，很适合于农村 10kV 架空线路的辐射形或树状形供电电网。这种接地方式在运行中，如果 发生单相接地故障，流过故障点的电流仅为电网对地的电容电流，数值很小，可以装设绝缘监察装置，以 便及时发现单相接地故障，迅速处理，避免其发展为两相短路而造成停电事故。对中压系统，如 6kV66kV 系统，大多是三相用电设备，且设备多在室外，出事的几率比较多，设备 绝缘强度也比较高，即便出现了单相接地，未接地相电压升高也能承受，三相平衡对称的关系没有改变， 也就是说三相系统还能正常运转，这时从可靠性考虑，还是在中压系统采用中性点不接地系统比较好在煤矿井下，我国、西德等国禁止中性点接地，其主要目的是为安全，减小了单相接地电流，但即使 小的单相接地电流，煤矿井下也不允许存在，因此在煤矿井下，安装有检漏继电器，就是当电网对地绝缘 阻抗降低到危险值或人触及一相导体或电网一相接地时，能很快地切断电源，防止触电、漏电事故，提前 切断故障设备。2.1中性点经电阻接地系统电阻接地的目的 根据外国电网的运行经验，当电网中性点不接地时，即使单相接地电容电流不大，也会由于对地电弧 燃烧与熄灭的重复过程，使健全相的电位可能升高到破坏其绝缘水平，甚至形成相间短路故障。如果在中 性点串联接入某一电阻器以后，泄放熄弧后半波的能量，则中性点电位降低，故障相的恢复电压上升速度 也减慢，从而减少电弧重燃的可能性，抑制电网过电压的幅值。这一特点是电阻接地的主要目的，实际上 是着眼于网络安全供电问题。电阻接地系统的分类电阻接地系统有高电阻接地和低电阻接地的区别。（一）高电阻接地系统高电阻接地系统应符合零序电阻Ro小于等于1 /3w Co （Co为系统每相对地分布电容，p F）准则。 与高电阻接地配合的保护方案，通常是检测和报警，以下是高电阻接地方式必备的三点要求： 限制单相接地电流小于等于10A；限制暂态过电压在2.5倍相电压以下；不要求立即切除接地故障。 根据国际标准，限制单相接地故障电流在10A以下，这是使系统接地后还可继续带故障运行的前提。从 中也可以看出，当电网电容电流大于等于10A时，要对电流加以限制。系统中的零序电阻R0应包括中性点电阻器电阻Rn和故障点的过渡电阻Rd在内，而线路本身的阻抗可略 去不计。（二）低电阻接地系统低电阻接地系统应符合零序电阻R0与其零序电抗Xo之比大于等于2。其中Xo是系统等值零序电抗。 接地故障电流通常至少采用1OOA,其更多的应用电流值是2OO1OOOAo低电阻接地系统应设置有选择性 的、立即切除接地故障线路的保护装置；其电阻值选取应为该保护装置提供足够大的电流。中性点不接地系统的优点：这种系统发生单相接地时，三相用电设备能正常工作，允许暂时继续运行两 小时之内，因此可靠性高。中性点不接地系统的缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时 的丁 3倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。2.2 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统适于 366kV 系统，可避免电弧过电压的产生；不接地系统如果发生 单相接地，系统可以正常运行两小时以内，必须找出故障点进行处理，否则会扩大故障。当系统容量增大 线路距离较长，致使单相接地短路电流大于某一数值时，接地电弧不能自行熄灭。为了降低单相接地电流， 常采用消弧线圈接地方式。所以，消弧线圈接地方式，即可保持中性点不接地方式的特点，又可避免电弧 过电压的产生，是当前366kV系统普遍采用的接地方式。该方式就是在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈 的电感电流补偿线路接地的电容电流，使流过接地点的电流减小到能自行熄灭的范围，它的特点是在线路 发生单相接地故障时，可按规程规定满足电网带单相接地故障运行2h。对于中压电网，因接地电流得到补 偿，单相接地故障不会发展成相间短路故障，因而中性点经消弧线圈接地方式大大提高了供电可靠性，这 一点优越于中性点经小电阻接地方式。中性点经消弧线圈接地，保留了中性点不接地方式的全部优点。由于消弧线圈的电感电流补偿了电网接地 电容电流，使得接地点残流减少到 5A 及以下，降低了故障相接地电弧恢复电压的上升速度，以致电弧能 够自行熄灭，从而提高供电可靠性。经过消弧线圈接地系统的过电压幅值不超过3.2Uph,因此接有消弧线圈的电网，称为补偿电网。经消 弧线圈接地的电网称为谐振接地系统，它有自动跟踪补偿方式和非自动跟踪补偿方式两种。前者比后者有 无可比拟的优点，目前电力系统无论新建或扩建都采用自动调谐消弧线圈，并正在逐步淘汰非自动调谐消 弧线圈。近年来，我国城市10kV电网越来越多地用电缆作为供电线路，这必然会使单相接地电容电流大幅度增 加，也必须考虑限制措施。传统的消弧线圈都是单相的，而我国供电系统变压器的610KV侧都是三角形 联接的，要使消弧线圈能与三相电网相联，必须有三相接地变压器配合，通过接地变压器组成的人为中性 点才能与电网相联。近年来，国内外新研制了几种自动跟踪的消弧线圈，但结构上仍然没有多少变化，还 是单相的。要在610k V电网上使用，依然需要接地变压器的配合。消弧线圈的补偿原理我们知道，610kV电网单相接地电流中主要是电容电流，而流过接地点的电流是整个电网的零序电流， 在同一零序电压Uo的作用下，电感电流的方向总是和电容电流的方向相反，要减少电网单相接地电流值， 就必须在电网上附加一些能够产生零序电感电流的设备，以抵消电容电流。接地电流的计算在中性点不接地的610k V电网中，电网每相对地存在着分布电容和分布绝缘电阻，在计算接地电流时， 可以把它们用集中参数来表示，如图4-1-1所示。当电网某相发生单相经电阻接地时（电阻为零便为直接接 地），在接地点有一接地电流流过，下面分析一下接地电流的计算。从分析可以看出：流过接地点的电流在数量上就等于整个电网的零序电流之和，其大小不仅同电网的电 压、单相接地电阻有关，而且同电网对地的电容以及对地的绝缘电阻有关。对于610k V电网来说，由于电 网对地电容较大，容抗远小于电网对地绝缘电阻值，所以，当电网发生单相接地故障时，流过接地点的电 流主要是电容电流。中性点经消弧线圈接地系统的优点：这种系统发生单相接地时，三相用电设备能正常工作，允许暂时继 续运行两小时之内，因此可靠性高，还可以减少接地电流；中性点经消弧线圈接地系统的缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压， 是正常时的丁 3倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。3. 各种中性点接地方式的综合比较各种中性点接地方式的综合比较序 号中性点接地 方式中性点直接 接地中性点不接 地中性点经电 阻接地中性点经消 弧线圈接地消弧线圈接 地并电阻接 地中性点不接 地1单相接地电最大大大小，同调谐小,同调谐大流的大小度有关度有关2人身触电的 危险性最危险大大减小减小大3单相电弧接低最高低较咼，过电低，过电压最高地过电压压概率小概率小4单相接地保 护的实现很容易容易容易难较复杂，但实现不难容易5铁磁谐振过低高低过补偿低低高电压欠补偿高6保护接地的危险电网电容电电网电容电安全安全电网电容电安全性流大时危险流大时危险流大时危险